JP2002030464A

JP2002030464A - 金属材表面のカラーコーティング方法

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Publication number: JP2002030464A
Application number: JP2000183228A
Authority: JP
Inventors: Kojun Kin; 光淳金
Original assignee: KANKOKU HAUTON KK
Current assignee: KANKOKU HAUTON KK
Priority date: 2000-06-19
Filing date: 2000-06-19
Publication date: 2002-01-31
Anticipated expiration: 2020-06-19
Also published as: JP3407134B2

Abstract

(57)【要約】【課題】染料の代わりに顔料を使用することにより、
コーティングされた塗膜の耐光性、耐薬品性、耐候性な
どを増進させることを目的とする。また、金属材質の被
導体を前処理した後、一液型電着塗料が入れられた電解
槽に浸して、電着コーティングと着色を単一の工程で行
うことにより、金属材の表面にカラーコーティングする
工程を単純化して、簡便なものとすることを目的とす
る。【解決手段】金属材質の被導体の表面を洗浄した後、
銅メッキ及びニッケルメッキを施す被導体前処理工程
と、メラミン樹脂と変性アクリル樹脂とを用いて、架橋
重合体を生成し、これに０．１〜５重量％の水溶化され
た有機分散顔料を混合する一液型電着塗料製造工程と、
前処理された金属材質の被導体を、前記一液型電着塗料
が入れられた電解槽に陽極として浸漬して電着コーティ
ングする電着コーティング工程と、電着コーティングさ
れた金属材質の被導体を加熱して塗膜をする熱硬化工程
とを含んでなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属材表面を所望
の色相でカラーコーティングする方法に関するものであ
り、特に、金属材の表面に優れた平滑性、及びメッキに
よる効果と同等の効果を与え、さらに、より安定した耐
化学性等を与える金属材表面のカラーコーティング方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、各種建築内装材、照明器具、家
電製品などの金属製品の表面を金、銀、銅、クロム、亜
鉛などを用いてコーティング処理（メッキ処理）するの
は、変色防止、耐食性の向上、装飾性の向上、絶縁性の
向上などを図るためである。しかし、前記のような一般
の金属を用いたメッキ処理は、耐化学性（耐食性）が低
く、酸化反応による変色が起こりやすいうえに、使用で
きる色相が制限されるという問題があった。また、コー
ティングされるべき金属材表面に微細な傷がある場合に
は、良好なメッキを行うことができないという問題もあ
る。このような問題を解決する方法として、大韓民国特
許出願番号第９５−１５９３５号に係る考案がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記考案に係るコーテ
ィング方法は、コーティングされるべき金属材に透明な
樹脂をコーティング処理した後、染料を吸着させて着色
するものであるが、該コーティング方法では、前記染料
が紫外線露光を受けることにより退色するという問題が
あり、さらに、樹脂をコーティングするための工程と染
料を吸着するための工程とを別途に設ける必要があるた
め、作業工程が増加するという問題点もあった。

【０００４】そこで、本発明は、前記問題を解決するた
めに、染料の代わりに顔料を使用することにより、コー
ティングされた塗膜の耐光性、耐薬品性、耐候性などを
増進させることを目的とする。また、本発明は、金属材
質の被導体を前処理した後、一液型電着塗料が入れられ
た電解槽に浸して、電着コーティングと着色を単一の工
程で行うことにより、金属材の表面にカラーコーティン
グする工程を単純化して、簡便なものとすることを目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
になされた本発明の請求項１に係る金属材表面のカラー
コーティング方法は、金属材質の被導体の表面を洗浄し
た後、銅メッキ及びニッケルメッキを行う被導体前処理
工程と、一般式

【化５】（式中、Ｒは水素又は低級アルキル基、ｍは１以上の整
数を表す。）で示されるメラミン樹脂と、一般式

【化６】（式中、ｎは１以上の整数を表す。）で示される変性ア
クリル樹脂とを用いて、一般式

【化７】（式中、Ｒは水素又は低級アルキル基、ｍ及びｎは１以
上の整数を表す。）で示される架橋重合体を生成し、こ
れに０．１〜５重量％の水溶化された有機分散顔料を混
合する一液型電着塗料製造工程と、前処理された金属材
質の被導体を、前記一液型電着塗料が入れられた電解槽
に陽極として浸漬して電着コーティングする電着コーテ
ィング工程と、電着コーティングされた金属材質の被導
体を加熱して塗膜を硬化する熱硬化工程とを含んでなる
ものである。

【０００６】また、本発明（請求項２）は、請求項１に
記載の金属材表面のカラーコーティング方法において、
前記銅メッキは、１５〜３０重量％の硫酸銅を含有する
メッキ液を用いて１５〜２５℃で５〜２０分間、０．５
〜１０Ａｍ／ｄｍ^２の電流密度で行われるものである。

【０００７】また、本発明（請求項３）は、請求項１に
記載の金属材表面のカラーコーティング方法において、
前記ニッケルメッキは、２４〜４５重量％の硫酸ニッケ
ル、３．８〜６重量％の塩化ニッケル、３〜５重量％の
ホウ酸を含有するメッキ液を用いて、４０〜６０℃で１
０〜４０分間、１〜１０Ａｍ／ｄｍ^２の電流密度で行わ
れるものである。

【０００８】また、本発明（請求項４）は、請求項１に
記載の金属材表面のカラーコーティング方法において、
前記メラミン樹脂と前記変性アクリル樹脂の重量比が２
０：８０〜４０：６０である。

【０００９】また、本発明（請求項５）は、請求項１に
記載の金属材表面のカラーコーティング方法において、
前記電着コーティングは、４０〜５０Ａｍ／ｄｍ^２の電
流密度で３０〜１８０秒間行われるものである。

【００１０】また、本発明（請求項６）は、請求項１に
記載の金属材表面のカラーコーティング方法において、
前記変性アクリル樹脂の末端の活性基が、カルボキシル
基（−ＣＯＯＨ）の代わりにヒドロキシ基（−ＯＨ）で
ある。

【００１１】また、本発明（請求項７）は、請求項１に
記載の金属材表面のカラーコーティング方法において、
前記架橋重合体が、一般式

【化８】（式中、Ｒは水素又は低級アルキル基、ｍ及びｎは１以
上の整数を表す。）で示されるものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について説明
する。本発明の実施の形態に係る金属材表面のカラーコ
ーティング方法は、被導体前処理工程と、液型電着塗料
製造工程と、電着コーティング工程と、熱硬工程とを含
んでなるものであって、従来の問題を改善して耐候性、
耐薬品性、耐候性など、塗膜の物性を向上させるととも
に、カラーコーティング方法の工程を単純化し得るもの
である。以下、前記金属材表面のカラーコーティング方
法を各工程別に詳しく説明する。

【００１３】（１）被導体前処理工程まず、金属材質の被導体表面に付着した各種異物の除
去、被導体表面の平滑度の確保、及び塗膜の密着性の向
上のため、該被導体表面を次のように処理する。（a）超音波処理金属材質の被導体を５０〜８０℃に加温した溶剤が入れ
られた超音波発生水槽に浸し、１〜５分間、超音波で処
理して、被導体表面の凹み、溝及び微少部品の表面に付
着した脂質などの異物を除去する。このとき、前記溶剤
としてはトリクロロエチレン、ベンゼン、トルエン、キ
シレン、これらの誘導体などの有機溶媒に、３〜５重量
％の炭酸ナトリウム、２〜３重量％の燐酸ナトリウム、
１〜２重量％の水酸化ナトリウム、０．１〜３．０重量
％の界面活性剤が添加されたものが好適である。

【００１４】（ｂ）電解脱脂電界脱脂は、前記超音波処理された金属材被導体を、
０．２〜０．５重量％の水酸化ナトリウム、２〜３重量
％の燐酸ナトリウム、１〜１．５重量％の炭酸ナトリウ
ム、０．２〜０．０５重量％の界面活性剤が配合された
水溶液に浸した後、陰極電界脱脂ではニッケル、ステン
レス鋼、アルミニウム又は黄銅を用い、陽極電界脱脂で
は亜鉛及び亜鉛ダイカスティング(Zinc die-casting)を
用い、電流密度５〜１０Ａｍ／ｄｍ^２で３０〜６０秒間
電解処理することにより行われる。電解脱脂を行うこと
により、陽極では酸素気体により油脂などが酸化除去さ
れ、陰極では水素気体により油脂などが浮上除去され
る。

【００１５】（ｃ）酸処理電解脱脂やアルカリ脱脂を行った場合には、被導体の表
面に薄い酸化被膜や不動態化膜ができることがあり、こ
れらにより、その後にコーティングされる塗膜の密着性
が悪くなる。このため、５〜２０％の硫酸、又は塩酸な
どに前記被導体を浸して酸処理を行い、前記酸化被膜等
を除去する。このとき、被導体を前記硫酸等に浸す時間
は３０〜６０秒が好適である。

【００１６】（ｄ）銅メッキ銅メッキは、光沢ニッケルメッキのための下地として、
被導体表面の傷や凹みなどをなくして、平滑性を向上す
るために行われるものである。該銅メッキは、１５〜３
０重量％の硫酸銅と、４〜１０重量％の硫酸とを含有し
てなる水溶液を用いて、２０〜３０℃で５〜２０分間、
陰極電流密度１〜１０Ａｍ／ｄｍ^２、陽極電流密度０．
５〜５Ａｍ／ｄｍ^２で行われる。

【００１７】（ｅ）光沢ニッケルメッキ前記銅メッキを行った後、２４〜４５重量％の硫酸ニッ
ケル、３．８〜６重量％の塩化ニッケル、及び３〜５重
量％のホウ酸を配合した水溶液中に、４０〜６０℃で１
０〜４０分間、陰極電流密度１〜１０Ａｍ／ｄｍ^２で、
陽極にニッケル板を用いて、エアーブローでブローイン
グ（作業槽の下部で空気を吹いて液を流通させる通常の
方法）しながら光沢ニッケルメッキを行う。これによ
り、被導体の表面全体の厚みを均一化し、また、表面に
光沢が与えられる。

【００１８】（２）一液型電着塗料製造工程一液型電着塗料は、前記メラミン樹脂と変性アクリル樹
脂とを架橋して得る架橋重合体に有機分散顔料を添加し
て得られるものである。さらに詳細に説明すると、ま
ず、電解槽内に前記メラミン樹脂と変性アクリル樹脂の
混合液を入れ、該混合液を、０．１〜２重量％のスルホ
ン酸の無機酸触媒を用いて架橋化させ、前記架橋重合体
を生成する。該架橋反応は、以下の式１で表されるもの
である。

【化９】（式中、Ｒは水素又は低級アルキル基、ｍ及びｎは１以
上の整数を表す。）なお、前記変性アクリル樹脂に代えて、該変性アクリル
樹脂の両端の活性基をカルボキシル基(-COOH)に代えて
ヒドロキシ基(-OH)に置換したものを用いることとして
もよい。その場合、前記メラミン樹脂との架橋重合体
は、一般式、

【化１０】（式中、Ｒは水素又は低級アルキル基、ｍ及びｎは１以
上の整数を表す。）で示されるものが得られる。

【００１９】つぎに、前記架橋重合体を含有する溶液
を、１０〜１５重量％の純水と１〜２重量％の乳化剤を
加えて乳化させた後、水溶化された０．１〜５重量％の
有機分散顔料を少量ずつ添加しながら混合して、一液型
電着塗料を得る。なお、前記有機分散顔料は、一般に樹
脂などに用いられるものであれば特に限定されるもので
はなく、また、該有機分散顔料の溶剤としては、イソプ
ロピルアルコール、ブチルセロソルブ、エチルセロソル
ブなどが、分散剤としては、非イオン系界面活性剤が好
適である。

【００２０】（３）電着コーティング工程前記被導体前処理工程において前処理された金属材被導
体を、純水で1〜５分間湯洗した後、超音波により１〜
５分間水洗して中和させる。次いで、水洗された前記被
導体を、前記一液型電着塗料が入れられた電界槽の陽極
として浸漬し、電流密度４０〜５０Ａｍ／ｄｍ^２で３０
〜１８０秒間電着コーティングする。

【００２１】（４）硬化工程前記電着コーティング工程が行われた後、被導体を水洗
して、１４０〜１６０℃の温度に維持されたオーブン内
に３０〜５０分間放置して、電着コーティングされた樹
脂を硬化する。

【００２２】このように、本実施の形態に係る金属材表
面のコーティング方法によれば、変性アクリル樹脂とメ
ラミン樹脂との架橋重合体に顔料を添加して得た一液型
電着塗料を用いて金属材表面にカラーコーティングする
ものとしたので、従来行われていた樹脂に染料を吸着さ
せて着色する方法に比べて、耐光性、耐候性、耐薬品性
などが優れたものが得られ、また、コーティングに要す
る工程を従来の方法よりも単純化して、簡便なものとす
ることができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明するが、本発明は該実施例に限定されるものでは
なく、各種の変更が可能なことは当然である。

【００２４】〔実施例１〕まず、以下に示すように被導
体の前処理を行った。寸法８ｃｍ×３０ｃｍ×３０ｃｍ
の小型パネルを被導体として、水１リットルあたり、炭
酸ナトリウム３０ｇ、燐酸ナトリウム２０ｇ、水酸化ナ
トリウム７ｇ、界面活性剤３ｇを加えた水溶液中で、６
０℃で３分間、超音波処理を行った。超音波処理を行っ
た被導体を陰極として、水酸化ナトリウム３ｇ、燐酸ナ
トリウム１０ｇ、炭酸ナトリウム１０ｇ、表面活性剤
０．５ｇを溶解したアルカリ水溶液に浸漬し、１０Ａｍ
／ｄｍ^２の電流密度で１分間通電処理した。

【００２５】次に、被導体を１０重量％の硫酸水溶液に
３０秒間浸した後、該被導体を、水１リットルあたり、
硫酸銅２０ｇ、硫酸１００ｍｌを加えた水溶液に陰極と
して浸漬し、１０Ａｍ／ｄｍ^２の電流密度で２５分間通
電処理して、銅メッキを施した。さらに、水１リットル
あたり、硫酸ニッケル３５０ｇ、塩化ニッケル５０ｇ、
ホウ酸４０ｇを溶解した水溶液中に、被導体を陰極とし
て浸漬し、電流密度５Ａｍ／ｄｍ^２で２５分間通電処理
して、ニッケルメッキを施した。

【００２６】ニッケルメッキを施した被導体を５０〜６
０℃の水で３分間水洗した後、３０℃まで冷却してから
超音波を処理し、次いで、２５００００Ω・ｃｍ以上の
純水で、常温で５分間、エアーブローを行いながら水洗
した。

【００２７】前処理を終えた被導体を、エステル溶剤５
ｍｌが配合された容器内で、ｐＨが７〜８になるように
アンモニア水で調整しながら、電着処理を行った。

【００２８】一液型電着塗料は、前記メラミン樹脂と前
記変性アクリル樹脂とを３０：７０の比率で配合して架
橋させた後、水溶化された３重量％の有機分散顔料を添
加し、これを乳化させて製造した。該一液型電着塗料の
特性値を表１に示す。

【表１】

【００２９】電着コーティングの作業条件を表２に示
す。

【表２】

【００３０】一液型電着塗料の電着特性値を表３に示
す。

【表３】なお、一液型電着塗料の溶剤が不足した場合にはブチル
セロソルブを補充した。また、電着コーティング設備と
して、パルス偏差が５％未満の三相直流の整流器を用
い、対極には、電着コーティングすべき被導体の面積の
２５％に相当するステンレス（ＳＵＳ３１６）を用い
た。対極材質として、鉄、クロム系は好ましくなく、対
極の面積は、過電流に起因する不良を考慮して設定し
た。さらに、ポンプ圧力が２〜５ｋｇ／ｃｍ^２、５０リ
ットル／分、余液抽出量が７リットル／時間のウルトラ
フィルタを、タンク１００ｋｇに対して１個設置し、流
速が５〜８回／時間の精密塗料循環ポンプを用いた。

【００３１】有機分散顔料の基本特性値を表４に示す。

【表４】

【００３２】以下、電着コーティングの機構について説
明する。樹脂エマルジョン又は高酸化樹脂のアルカリ塩
のような樹脂水溶液となった一液型電着塗料中に、二個
の電極を浸漬して直流電源に連結し、陽極との間に電流
差を与えると、アノード電着現象を示した。このような
電着コーティングの概略を図１に示す。図において、電
界槽１には一液型電着塗料２が満たされており、該一液
型電着塗料２に被導体３が陽極として浸漬されている。
通電状態においては、電解槽１内で電気泳動、電気分
解、陽極上での樹脂の凝固析出、及び電気浸透が起こっ
ており、非常に複雑な反応となっている。

【００３３】このように、被導体を一液型電着塗料に浸
漬して通電することにより塗料が析出され、被導体表面
に塗膜が形成される。一般に、析出された塗料のＮＶ
（NonVolatile）は８０％前後で、残りは水分、溶剤、
及び若干の中和剤を含有するものである。電着直後の塗
着面を水洗して観察すると、サンドペーパーのような粗
い面となっている。しかし、析出された塗料を加熱する
と、塗膜の粘度が低くなって流動し、最終的には平滑な
面を形成する。同時に、塗膜中の樹脂が硬化して、架橋
された硬い塗膜を形成する。このような反応により、電
解槽の陽極部で、前記メラミン樹脂と変性アクリル樹脂
との架橋重合体が、ニッケルメッキが施された前記小型
パネルの表面に電着コーティングされる。なお、電着コ
ーティングを行う時間は、３０秒から３分間程度が好ま
しく、コーティングされる塗膜の厚みは４〜１０μｍが
好適である。

【００３４】電着コーティングが行われた小型パネルを
水洗し、１４０〜１６０℃に維持されたオーブン内で、
３０〜５０分間程度放置して、塗膜を硬化させ、黄銅色
（ブラス）のカラーコーティングを得た。

【００３５】〔実施例２〜７〕前記実施例１と同様の方
法により、表５に示す六色の顔料を用いて小型パネルの
カラーコーティングを行った。

【表５】

【００３６】前記各実施例によりカラーコーティングさ
れた小型パネルの物性試験の結果を表６に示す。

【表６】＊各特性試験測定の条件硬度：鉛筆硬度（ｕｎｉ）耐食性：３５℃、１％ＮａＣｌ噴霧促進耐候性：湿度５５±５％試験片調査温度：６３±３％（光線：紫外線）噴霧（純水）：１２０分間中に１８分間噴霧反復試験、衝撃性テスト：″（１／４″）×５００ｇ
（デュポン法）磨耗試験：アセトン溶剤

【００３７】〔比較例〕本発明に係るコーティング方法
に代えて、従来のコーティング方法、すなわち樹脂電着
コーティングを施した後、アルカリ染料水溶液に浸漬し
て染料コーティングする方法を用いて、小型パネルのカ
ラーコーティングを行った。なお、小型パネルの前処理
等は前記実施例１と同様の方法によるものである。前記
実施例１と比較例との耐食性、耐候性、色差についての
比較結果を表７に示す。

【表７】

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る金属
材表面のカラーコーティング方法によれば、金属材質の
被導体の表面を洗浄した後、銅メッキ及びニッケルメッ
キを行う被導体前処理工程と、前記メラミン樹脂と前記
変性アクリル樹脂とを用いて、架橋重合体を生成し、こ
れに０．１〜５重量％の水溶化された有機分散顔料を混
合する一液型電着塗料製造工程と、前処理された金属材
質の被導体を、前記一液型電着塗料が入れられた電解槽
に陽極として浸漬して電着コーティングする電着コーテ
ィング工程と、電着コーティングされた金属材質の被導
体を加熱する熱硬化工程とを含んでなるものとしたの
で、従来の方法によりカラーコーティングされた製品と
比べて、耐食性、耐候性、耐薬品性などが優れたものを
製造することができる。また、従来の方法と比べて、工
程が単純化されることにより、カラーコーティング方法
を簡便なものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電着コーティングの概要を説明するための模式
図である。

【符号の説明】

１電解槽２一液型電着塗料３被導体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２５Ｄ 5/12 Ｃ２５Ｄ 5/12 13/06 13/06 Ｂ 13/20 13/20 ＡＦターム(参考） 4D075 BB26Z BB65X BB87Y BB89Y CA23 CA32 CA33 CA44 CA48 DB01 DC01 DC18 DC24 EA06 EA07 EB22 EB32 EB56 EC11 EC54 4J038 CG141 CH031 DA162 GA03 GA06 NA01 NA02 NA04 PA04 PB05 PB09 PC02 4K024 AA03 AA09 AB02 CA01 CA04 CA06 DA03 DA04 DB10 4K044 AA01 BA06 BB04 BC02 CA04 CA17 CA18 CA62

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属材質の被導体の表面を洗浄した後、
銅メッキ及びニッケルメッキを行う被導体前処理工程
と、一般式【化１】（式中、Ｒは水素又は低級アルキル基、ｍは１以上の整
数を表す。）で示されるメラミン樹脂と、一般式【化２】（式中、ｎは１以上の整数を表す。）で示される変性ア
クリル樹脂とを用いて、一般式【化３】（式中、Ｒは水素又は低級アルキル基、ｍ及びｎは１以
上の整数を表す。）で示される架橋重合体を生成し、こ
れに０．１〜５重量％の水溶化された有機分散顔料を混
合する一液型電着塗料製造工程と、前処理された金属材質の被導体を、前記一液型電着塗料
が入れられた電解槽に陽極として浸漬して電着コーティ
ングする電着コーティング工程と、電着コーティングされた金属材質の被導体を加熱して塗
膜を硬化する熱硬化工程とを含んでなるものであること
を特徴とする金属材表面のカラーコーティング方法。
【請求項２】前記銅メッキは、１５〜３０重量％の硫
酸銅を含有するメッキ液を用いて１５〜２５℃で５〜２
０分間、０．５〜１０Ａｍ／ｄｍ^２の電流密度で行われ
るものであることを特徴とする請求項１に記載の金属材
表面のカラーコーティング方法。
【請求項３】前記ニッケルメッキは、２４〜４５重量
％の硫酸ニッケル、３．８〜６重量％の塩化ニッケル、
３〜５重量％のホウ酸を含有するメッキ液を用いて、４
０〜６０℃で１０〜４０分間、１〜１０Ａｍ／ｄｍ^２の
電流密度で行われるものであることを特徴とする請求項
１に記載の金属材表面のカラーコーティング方法。
【請求項４】前記メラミン樹脂と前記変性アクリル樹
脂の重量比が２０：８０〜４０：６０であることを特徴
とする請求項１に記載の金属材表面のカラーコーティン
グ方法。
【請求項５】前記電着コーティングは、４０〜５０Ａ
ｍ／ｄｍ^２の電流密度で３０〜１８０秒間行われるもの
であることを特徴とする請求項１に記載の金属材表面の
カラーコーティング方法。
【請求項６】前記変性アクリル樹脂の末端の活性基
が、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）の代わりにヒドロキ
シ基（−ＯＨ）であることを特徴とする請求項１に記載
の金属材表面のカラーコーティング方法。
【請求項７】前記架橋重合体が、一般式【化４】（式中、Ｒは水素又は低級アルキル基、ｍ及びｎは１以
上の整数を表す。）で示されるものであることを特徴と
する請求項１に記載の金属材表面のカラーコーティング
方法。